EP3084521A1 - Système et procédé de projection d'image et afficheur utilisant ledit système - Google Patents

Système et procédé de projection d'image et afficheur utilisant ledit système

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EP3084521A1
EP3084521A1 EP14828183.5A EP14828183A EP3084521A1 EP 3084521 A1 EP3084521 A1 EP 3084521A1 EP 14828183 A EP14828183 A EP 14828183A EP 3084521 A1 EP3084521 A1 EP 3084521A1
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light beam
signal
image projection
projection system
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Valeo Comfort and Driving Assistance SAS
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Definitions

  • the invention relates to an image projection system and a display using said system.
  • the invention will find applications, for example, in motor vehicles to inform users of the vehicle, especially its driver.
  • the brightness of the projected image is adapted to the ambient brightness.
  • the optical power of the projected image be significantly different during a daytime trip and a night path or when passing through a tunnel.
  • the invention aims to overcome at least some of the disadvantages of known image projection systems and displays.
  • the invention also aims to provide an image projection system and a display that can effectively reduce the brightness of the light beam for forming an image.
  • the invention also aims to provide, in at least one embodiment of the invention, an image projection system and a display that allow the attenuation of the brightness of said beam without deterioration of the quality of the projected image and displayed by the display.
  • the invention relates to an image projection system, comprising a device for emitting a light beam, means for forming an image from said light beam, said image being decomposed into successively projected frames. by said system,
  • said system comprises means for attenuating the optical power of the light beam, the attenuation means comprising:
  • liquid crystal cell adapted to be driven by an alternating signal between two voltage levels, the cell providing a modification of the orientation of a polarization of the light beam under the control of the alternating signal
  • a signal generator generating the alternating signal, said signal generator flipping said alternating signal from one voltage level to another between the projections of two successive frames of the image, means ensuring the variation of the optical power of the light beam according to the orientation of said polarization.
  • a system according to the invention thus makes it possible to attenuate the light beam thanks to to attenuation means placed downstream of the existing transmission device, without modifications thereof.
  • the attenuation means comprise a liquid crystal cell which allows, on command, to change the polarization direction of the light beam, which ensures the attenuation of the brightness of the beam.
  • the liquid crystal cell is controlled by an electrical signal applied to the terminals of the liquid crystal cell, the voltage value of which changes the orientation of the polarization: the polarization and therefore the attenuation is a function of the absolute value of the voltage at the terminals of the crystal.
  • the use of an alternating electrical signal between two voltage levels makes it possible to regularly modify the voltage value in order to avoid the very rapid deteriorations of the liquid crystal cell that occur if it is fed by a continuous signal.
  • the alternation between the two voltage levels is between the projection of two frames of the image, to avoid any degradation of the image may pose security problems if the projection system is installed in a head-up display of vehicle.
  • a plurality of frames may be projected between two alternations, and preferably only one frame is projected between two half cycles, ie the alternation takes place between each frame projection.
  • the device for emitting the light beam comprises at least one laser diode.
  • the device for emitting the light beam is a liquid crystal screen type cell comprising a thin film transistor, illuminated by a backlight.
  • the laser diode is used alone for a monochromatic light beam, or in combination of three laser diodes for a conventional polyehromatic light beam.
  • the liquid crystal display technology comprising a thin film transistor is commonly referred to as TFT-LCD (for Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display).
  • TFT-LCD Thin-Film Transistor Liquid Crystal Display
  • the backlighting is generally performed by means of a light emitting diode (LED).
  • LED light emitting diode
  • the average of the AC signal voltage is zero.
  • the life of the liquid crystal cell is improved over the use of a DC or AC alternative signal with a non-zero average which degrades the liquid crystal cell more rapidly.
  • the two voltage levels are of equal absolute values and of opposite signs.
  • the two voltage levels have the same absolute value, which makes it possible to obtain the same result in the direction of the polarization generated by the liquid crystal cell.
  • the alternation of the signal does not modify the direction of the polarization, and therefore does not modify the attenuation of the light beam.
  • the alternating signal is periodic.
  • the frequency of the periodic alternating signal is equal to half the projection frequency of the frames of the image.
  • the switching of the periodic alternating signal from one voltage level to another occurs between each frame projection.
  • the invention also relates to a display, in particular a head-up display, comprising an image projection system according to the invention.
  • a display according to the invention makes it possible to display the image projected by the image projection system.
  • the display allows the driver of the vehicle to have in his field of vision of driving, vehicle and / or environmental information.
  • the invention also relates to an image projection method, said method comprising a step of emitting a light beam and a step of forming an image from said light beam, said step of forming an image being decomposed into several successive image projection sub-stages, characterized in that said method comprises a step of attenuating the light beam by driving an alternating signal between two voltage levels, the tilting of the alternating signal a voltage level to another being controlled between the successive sub-stages of image projection frames.
  • FIG. 1 is a schematic view of an emission device and attenuation means of an image projection system according to one embodiment of the invention, in several operating modes a), b) and vs),
  • FIG. 2 is an example of a curve representing the optical power of the beam, expressed as a percentage on the ordinate, as a function of the voltage applied across a liquid crystal cell of a system according to the invention, expressed in volts on the abscissa. ,
  • FIG. 3 is a time diagram representing the succession of frames (a) and the alternating signal (b) driving the liquid crystal cell of the attenuation means of the system according to the invention, as a function of time t on the abscissa,
  • Figure 4 shows a schematic view of an image projection system and a head-up display according to the invention.
  • the invention firstly relates to a projection system comprising a device 1 for emitting a light beam, intended to form an image .
  • a device 1 for emitting a light beam intended to form an image .
  • Such a device is more particularly intended to equip a head-up display of a motor vehicle, where at least one information related to the vehicle is projected.
  • Said device comprises one or more sources 4, 5, 6 each emitting a beam 7, 8, 9 of the laser type.
  • sources 4, 5, 6 each emitting a beam 7, 8, 9 of the laser type.
  • laser sources typically laser diodes, each laser source emitting a monochromatic beam, that is to say consisting of a single wavelength.
  • Said device here comprises a plurality of sources 4, 5, 6, in this case three, said device being configured to form the light beam 10 by means of pooling by combining the beams 7, 8, 9 individually. emitted by each of said sources 4, 5, 6. More specifically, it may be sources emitting a beam of a different color from one source to another. Colors are, for example, red, green, or blue (RGB).
  • the optical power of each of the sources is controlled, independently, using the power supply of the laser source or sources.
  • the color of the light beam 10 is determined by the way in which a power ratio is established between the different laser diodes. For example, to obtain a white light, the optical powers, in proportion, must be established according to the following distribution: 60 for the green diode, 30 for the blue diode, 10 for the red diode.
  • the optical power of each of the sources can also be controlled to modulate the optical power of the light beam 10.
  • the beams 7, 8, 9 emitted by each of the sources are oriented, for example, parallel to each other and reflected in the same direction to form by combination said common light beam 10.
  • Said device 1 here comprises for this purpose semi-transparent optical elements, over a range of wavelength, such as dichro mirrors. or combining blades 11, intercepting the beams 7, 8, 9 emitted by each of said sources and combining them in the direction of said beam 10.
  • said device 1 is configured to form said light beam 10 from said laser beam or beams 7, 8, 9, whatever the number of sources 4, 5, 6 involved.
  • the light beam 10 is composed of the laser beam emitted by the only source used and the resulting image will then be monochrome, composed of the different levels of optical power applied to each of the points that compose it, according to a gradient of said color.
  • said common beam 10 which then forms said light beam will allow the establishment of an image according to a color spectrum whose resolution will correspond to the fineness driving the supply of said sources 4, 5, 6.
  • the image projection system comprises attenuation means 12 located downstream of said source or sources 4, 5, 6, making it possible to vary the optical power of the light beam 10.
  • said attenuation means 12 make it possible to vary the optical power of the beam or beams 7, 8, 9, 10.
  • it will be possible to adapt the optical power of the beam to daytime driving conditions and night driving conditions.
  • Said device may include means for controlling the current supply of said sources. As mentioned above, they may allow a choice of the color of the light beam 10.
  • control means are configured, for example, for linearly controlling the current of the optical power of said laser beams 7, 8, 9 so as to ensure said choice of color of the light beam 10, in a proportion of optical power attributed to each of said laser beams 7, 8, 9.
  • Said control means may also be configured to provide additional adjustment of the optical power of said light beam. In this way, a particularly high attenuation rate can be achieved.
  • control means are configured to provide pulse width modulation regulation of the optical power of said laser beams 7, 8, 9 so as to perform said additional adjustment of the optical power of said light beam 10, in particular according to an attenuation factor of between 5 and 20, in particular of about 10.
  • Said control means comprise, for example, a microcontroller, not shown.
  • said attenuation means 12 are configured to vary the optical power of the light beam according to an orientation of a polarization of said beam or beams.
  • said attenuation means 12 comprise means 16 for modifying the orientation of the polarization of said beam (s) and, downstream, means for varying the optical power of said light beam (s). function of the orientation of said polarization, here an analyzer 17 transmitting only one of the components of the polarization of said beam or beams.
  • the beam 10 has, before passing through the means 16 for modifying the orientation, an initial orientation 18.
  • said means 16 for modifying the orientation of the polarization let the beam pass. without changing the orientation of its polarization and the orientation 13 obtained at the output of said modifying means allows a transmission approaching 100% of the beam through the analyzer 17.
  • said means 16 for modifying the polarization orientation undergoes a polarization orientation change at a first angle and the orientation 14 obtained at the output of said modification means 16 allows transmission of 30% of the beam through the analyzer 17.
  • said means 16 for changing the orientation of the polarization undergo a change of orientation of the polarization so that the new orientation 15 ob held is orthogonally shifted to the orientation of the polarization of the incident beam.
  • the transmission of the beam through the analyzer 17 is then minimum, symbolized by the figure of 0%.
  • the polarization orientation modification means 16 include, for example, liquid crystal means such as a liquid crystal cell.
  • Said analyzer 17 is, for example, a polarizing film.
  • the transmitting device may be composed of a liquid crystal screen comprising a thin film transistor (TFT-LCD for Thin Film Transisor Liquid Crystal Display).
  • TFT-LCD Thin Film Transisor Liquid Crystal Display
  • LED light-emitting diodes
  • Such a device also provides a highly polarized light beam, due to the presence of polarization films in the liquid crystal screen.
  • the polarization orientation modification means 16 are a liquid crystal cell 16.
  • the liquid crystal cell 16 is driven by a signal generated by a signal generator 19.
  • the variation of the The voltage provided by this signal across the liquid crystal cell 16 allows the adjustment of the direction of the polarization of the light beam 10 passing therethrough. In the context of the invention, this variation of the voltage therefore results in a variation of the optical power of the light beam 10, due to the attenuation thereof by the attenuation means 12.
  • FIG. a graph illustrating an example of this variation of the optical power of the light beam 10, expressed as a percentage as a function of the absolute value of the voltage across the liquid crystal cell 16, expressed in volts.
  • a conventional liquid crystal cell must be driven by an alternating signal. Indeed, the application of a continuous signal across a liquid crystal cell has the effect of significantly reducing the life of the latter. In addition, the application to a liquid crystal cell of opposite voltages, that is to say of the same absolute value but of different signs, makes it possible to obtain the same result in terms of attenuation. Thus, the signal can alternatively be varied.
  • the image projected by the image projection system is in a manner known to those skilled in the art broken down into successively projected frames at a given projection frequency.
  • a frame corresponds to a complete scanning of the screen by the light beam.
  • the scanning means must return to its initial position during a reduced time interval during which no frame is projected.
  • the alternation of the alternating signal between the two voltage levels is performed between two of these screen projections, during this time interval where the beam is not deflected on the screen by means of sweep as it returns to its starting position.
  • FIG. 3b represents such an alternative signal used by the system according to the invention.
  • the signal is represented by a curve 20, expressing the signal voltage as a function of time.
  • This curve 20 is put in parallel with the succession of frames projected by the system, as a function of time (FIG. 3a).
  • Four frames 22a, 22b, 22c, 22d are shown, and after each frame and before a new frame there is a time slot 24a, 24b, 24c, 24d, during which the scanning means returns to its initial position and therefore no frame is not displayed. It is at this point that the signal can alternate from one voltage level to another without degrading the image.
  • alternation is performed between each frame projection, but the signal can alternately alternate every two, three, or x frames, as well as alternating irregularly and non-periodically.
  • the alternating signal varies between a positive value and an opposite negative value in order to obtain a constant attenuation.
  • the average of the AC signal voltage is zero. This further increases the life of the liquid crystal cell because a non-zero average is equivalent to using a non-zero continuous signal that damages the liquid crystal cell.
  • the signal is periodic.
  • a periodic alternating signal is more easily generated by a conventional signal generator known to those skilled in the art.
  • the frequency of the signal is equal to half the frequency of projection of the frames.
  • the projection frequency of the frames may be 60 Hz and the signal frequency may be 30 Hz.
  • the signal represented by the curve 20 of FIG. 3b is therefore a signal according to an embodiment combining the aforementioned characteristics: it is a periodic signal of zero average and whose voltage levels + V and -V are opposite. Its frequency is equal to half of the frame projection frequency, that is to say that the alternation of one voltage level to another takes place between each frame projection.
  • the signal represented by the curve 20 is a perfect square signal, which alternates directly between the two voltage levels and which takes as value only these two levels of voltage, without intermediate value. In practice, a square signal used in the invention can take negligible intermediate values for a limited time, during alternations from one voltage level to another.
  • the invention also relates to a head-up display comprising an image projection system 100 according to the invention.
  • the projection system 100 comprises, in addition to the device for emitting a light beam 1, means 102 for forming an image from said light beam 10.
  • Said imaging means 102 comprise, for example, a scanning generator 110 whose function is to move horizontally and vertically the light beam 10 to provide a beam 103 performing a scanning frequency, in particular equal to 60 Hz, by way of non-limiting example.
  • the scanning generator 110 comprises, for example, a scanning mirror with a micro-electro-mechanical system (hereinafter called MEMS mirror) on which the light beam 10 is reflected in a scanning beam 103.
  • MEMS mirror micro-electro-mechanical system
  • Such a MEMS mirror presents by example a diameter of 1 mm 2 .
  • the MEMS mirror is able to rotate about two axes of rotation to perform a scan, for example at the refresh rate of 60 Hz, a diffuser screen 111 of said means 102 for forming an image. Said image is then formed on said diffuser 111.
  • the MEMS mirror can be replaced by two plane and movable mirrors, whose movements are associated. One of these mirrors can be dedicated to a scan along a horizontal axis while the other mirror can be dedicated to a scan along a vertical axis.
  • the diffuser 111 where the image is formed may be a transparent projection screen with a complex structure for projection by transparency. It can alternatively be translucent. It is made, for example, of glass, especially frosted, or polycarbonate.
  • the diffuser screen is of the exit pupil type ("Exit Pupil Expander"). It allows to have an expanded observation cone. It extends in a plane traversed by the light beam, the image resulting from this scanning beam 103 being formed in the plane of a face of the diffuser screen 111.
  • This diffuser screen receives the scanning beam 103. It is arranged to cause a dispersion of this scanning beam 103 according to an angular sector, for example, equal to 30 ° with respect to the direction of the scanning beam 103 at the moment when it comes to strike the diffuser screen 111.
  • a face 112 of the diffuser screen is rough, in that it has asperities that cause the dispersion of the scanning beam 103.
  • the rough face 112 corresponds to that by which the beam emerges, that is to say the face on which the image is formed.
  • said image forming means do not comprise a scanning generator, as previously described, but a matrix of micro mirrors (also called Digital micro mirrors Systems).
  • the image is formed at the level of the mirror array and then projected onto the diffuser screen.
  • a projection optics is placed between the matrix and the screen.
  • Each micro mirror corresponds to a pixel of the image.
  • the image is not formed on the diffuser screen for the first time, but receives an image previously formed on the mirror array.
  • said attenuation means 12 may be arranged upstream of said image forming means 102, as described in FIG. 1. They may still be downstream. In a variant, they may be placed between the scanning generator 110 or the micro-mirror array, on the one hand, and the diffuser screen 111, on the other hand.
  • Said projection system may also comprise different mirrors 104, 106 planes or concave so as to focus the beams to the diffuser screen 111, placed in particular on the trajectory of the scanning beam 103.
  • the invention also relates to a display, including a high head , comprising a projection system 100 according to any one of the variants detailed above. Downstream of the diffuser screen 111 in the direction of movement of the light beam, said display comprises at least one semi-reflecting plate 126 and a reflection device 125 interposed on the image path between the diffuser screen 111 and the semi-reflecting plate 126, the reflection device 125 comprising one or more plane or concave mirrors, as shown in FIG. 4.
  • the path of the image is symbolized by three dotted arrows 30 which are reflected on the reflection device 125 before displaying through the semi-reflective plate 126.
  • the latter allows a magnification and / or, by transparency, a display of the image beyond said semi-reflecting plate, in particular beyond the windshield of the vehicle equipped, at a virtual screen 130, obtained using said semireflecting blade 126.
  • This transparent blade has a reflectivity of at least 20%, which allows the user to see through the blade the road taken by the vehicle, while enjoying a high contrast to see the image displayed.
  • the display of the image can take place at the windshield of the vehicle equipped with said display.
  • said attenuation means 12 may be located downstream of the image forming device 102, this up to said semi-reflective plate 126.

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Abstract

L'invention concerne un système de projection d'image, comprenant un dispositif d'émission (1) d'un faisceau lumineux (10), des moyens de formation d'une image à partir dudit faisceau lumineux (10), ladite image étant décomposée en trames projetées successivement par ledit système. Le système comprend des moyens d'atténuation (12) du faisceau lumineux (10) comprenant une cellule à cristal liquide (16), apte à être pilotée par un signal alternatif entre deux niveaux de tension, ledit signal alternatif étant généré par un générateur de signal (19), ledit générateur de signal (19) basculant ledit signal alternatif d'un niveau de tension à l'autre entre les projections de deux trames successives de l'image.

Description

SYSTÈME ET PROCÉDÉ DE PROJECTION D'IMAGE ET AFFICHEUR UTILISANT LEDIT
SYSTÈME
1. Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un système de projection d'image et un afficheur utilisant ledit système.
L'invention trouvera ses applications, par exemple, dans les véhicules automobiles pour informer les utilisateurs du véhicule, en particulier son conducteur.
Il est connu d'équiper un véhicule automobile avec un système d'affichage, dit tête haute. Un tel système est placé dans le champ de vision du conducteur automobile et affiche une information relative à l'état du véhicule automobile, du trafic ou autre.
Afin de ne pas perturber la conduite, il est nécessaire que la luminosité de l'image projetée soit adaptée à la luminosité ambiante. Il est en particulier nécessaire que la puissance optique de l'image projetée soit fortement différente lors d'un trajet diurne et d'un trajet nocturne ou lors d'un passage dans un tunnel.
Avec les afficheurs tête haute utilisant des diodes électroluminescentes, il a déjà été proposé de faire varier la luminosité de l'image projetée en contrôlant le courant d'alimentation des diodes. De tels dispositifs permettent une adaptation satisfaisante de la luminosité. Cependant, leur luminosité diurne reste insuffisante.
Pour pallier ce défaut, on conna t des afficheurs utilisant des sources lumineuses du type laser. Cependant l'adaptation de la luminosité offerte dans un tel cas en contrôlant la quantité de courant alimentant les sources ne permet pas de réduire suffisamment la puissance optique de l'image. A titre d'exemple, si l'on considère que l'on souhaite disposer d'une puissance optique de l'ordre de 10000 Cd/m2 dans des conditions de roulage diurne et de l'ordre de 5 Cd/m2 dans des conditions de roulage nocturne, on constate qu'il faut faire diminuer la luminosité d'un facteur 2000 lors d'un passage de l'une des conditions de roulage à l'autre.
De plus, dans le cadre d'un afficheur tête haute de véhicule, il est nécessaire pour des raisons de sécurité que cette diminution de la luminosité n'entraine pas de détérioration de l'image affichée, pour assurer une bonne lisibilité au conducteur des informations importantes qui peuvent y être affiché.
2. Objectifs de l'invention
L'invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des systèmes de projection d'image et afficheurs connus.
En particulier, l'invention vise aussi à fournir un système de projection d'image et un afficheur qui permettent d'atténuer de façon efficace la luminosité du faisceau lumineux destiné à la formation d'une image.
L'invention vise aussi à fournir, dans au moins un mode de réalisation de l'invention, un système de projection d'image et un afficheur qui permettent l'atténuation de la luminosité dudit faisceau sans dégradation de la qualité de l'image projetée et affichée par l'afficheur.
3. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne un système de projection d'image, comprenant un dispositif d'émission d'un faisceau lumineux, des moyens de formation d'une image à partir dudit faisceau lumineux, ladite image étant décomposée en trames projetées successivement par ledit système,
caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens d'atténuation de la puissance optique du faisceau lumineux, les moyens d'atténuation comprenant :
une cellule à cristal liquide, apte à être pilotée par un signal alternatif entre deux niveaux de tension, la cellule assurant une modification de l'orientation d'une polarisation du faisceau lumineux sous la commande du signal alternatif,
- un générateur de signal générant le signal alternatif, ledit générateur de signal basculant ledit signal alternatif d'un niveau de tension à l'autre entre les projections de deux trames successives de l'image, des moyens assurant la variation de la puissance optique du faisceau lumineux en fonction de l'orientation de ladite polarisation.
Un système selon l'invention permet donc d'atténuer le faisceau lumineux grâce à des moyens d'atténuation placés en aval du dispositif d'émission existant, sans modifications de celui-ci. Les moyens d'atténuation comportent une cellule à cristal liquide qui permet, sur commande, de modifier la direction de la polarisation du faisceau lumineux, ce qui assure l'atténuation de la luminosité du faisceau. La cellule à cristaux liquide est commandée par un signal électrique appliqué aux bornes de la cellule à cristal liquide, dont la valeur de tension modifie l'orientation de la polarisation : la polarisation et donc l'atténuation est fonction de la valeur absolue de la tension aux bornes du cristal. L'utilisation d'un signal électrique alternatif entre deux niveaux de tension permet de modifier régulièrement la valeur de tension pour éviter les dégradations très rapides de la cellule à cristal liquide qui adviennent si celle-ci est alimentée par un signal continu.
L'alternance entre les deux niveaux de tension se fait entre la projection de deux trames de l'image, pour éviter ainsi toute dégradation de l'image susceptible de poser des problèmes de sécurité si le système de projection est installé dans un afficheur tête haute de véhicule. Plusieurs trames peuvent êtres projetées entre deux alternances, et, de préférence, une seule trame est projetée entre deux alternances, autrement dit l'alternance a lieu entre chaque projection de trames.
Avantageusement et selon une variante de l'invention, le dispositif d'émission du faisceau lumineux comprend au moins une diode laser.
Avantageusement et selon une autre variante de l'invention, le dispositif d'émission du faisceau lumineux est une cellule de type écran à cristaux liquides comprenant un transistor en film mince, éclairée par un rétro-éclairage.
Ces deux variantes sont des technologies fréquemment utilisées dans le domaine de la projection et l'affichage d'image : la diode laser est utilisée seule pour un faisceau lumineux monochromatique, ou en combinaison de trois diodes laser pour un faisceau lumineux polyehromatique classique. La technologie écran à cristaux liquides comprenant un transistor en couches minces est communément appelée TFT-LCD (pour Thin-film Transistor Liquid Cristal Display). Le rétro-éclairage est effectuée généralement par le biais d'une diode électroluminescente (LED). Les deux variantes ont pour avantage d'offrir une luminosité suffisante pour un système selon l'invention, et d'émettre une lumière polarisée, ce qui permet de ne pas avoir à polariser le faisceau en aval du dispositif d'émission.
Avantageusement et selon l'invention, la moyenne de la tension du signal alternatif est nulle.
Selon cet aspect de l'invention, la durée de vie de la cellule à cristal liquide est améliorée par rapport à l'utilisation d'un signal alternatif continu ou alternatif avec une moyenne non nulle qui dégrade plus rapidement la cellule à cristal liquide.
Avantageusement et selon l'invention, les deux niveaux de tension sont de valeurs absolues égales et de signes opposés.
Selon cet aspect de l'invention, les deux niveaux de tension ont la même valeur absolue ce qui permet d'obtenir le même résultat au niveau de la direction de la polarisation engendrée par la cellule à cristal liquide. Ainsi, l'alternance du signal ne modifie pas la direction de la polarisation, et donc ne modifie pas l'atténuation du faisceau lumineux.
Avantageusement et selon l'invention, le signal alternatif est périodique.
Selon cet aspect de l'invention, on peut utiliser comme générateur de signal un générateur de signal alternatif périodique classique bien connu de l'homme du métier, et ainsi régler facilement la fréquence du signal alternatif de pilotage de la cellule à cristal liquide.
Avantageusement et selon ce dernier aspect de l'invention, la fréquence du signal alternatif périodique est égale à la moitié de la fréquence de projection des trames de l'image.
Selon cet aspect de l'invention, les basculements du signal alternatif périodique d'un niveau de tension à l'autre ont lieu entre chaque projection de trame.
L'invention concerne aussi un afficheur, notamment un afficheur tête haute, comprenant un système de projection d'image selon l'invention.
Un afficheur selon l'invention permet d'afficher l'image projetée par le système de projection d'image. Dans le cas d'un afficheur tête haute installé par exemple dans un véhicule, l'afficheur permet au conducteur du véhicule d'avoir dans son champ de vision des informations relatives à la conduite, au véhicule et/ou à l'environnement.
L'invention concerne aussi un procédé de projection d'image, ledit procédé comprenant une étape d'émission d'un faisceau lumineux et une étape de formation d'une image à partir dudit faisceau lumineux, ladite étape de formation d'une image étant décomposée en plusieurs sous-étapes successives de projection de trames de l'image, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d'atténuation du faisceau lumineux par le pilotage d'un signal alternatif entre deux niveaux de tension, le basculement du signal alternatif d'un niveau de tension à l'autre étant piloté entre les sous-étapes successives de projection de trames de l'image.
4. Description des figures
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention appara îtront à la lecture de la description suivante donnée à titre uniquement non limitatif et qui se réfère aux figures annexées dans lesquelles :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif d'émission et de moyens d'atténuation d'un système de projection d'image selon un mode de réalisation de l'invention, dans plusieurs modes de fonctionnement a), b) et c),
La figure 2 est un exemple de courbe représentant la puissance optique du faisceau, exprimée en pourcentage en ordonnée, en fonction de la tension appliquée aux bornes d'une cellule à cristal liquide d'un système selon l'invention, exprimée en Volts en abscisse,
La figure 3 est un diagramme temporel représentant la succession de trames (a) et le signal alternatif (b) pilotant la cellule à cristaux liquide des moyens d'atténuation du système selon l'invention, en fonction du temps t en abscisse,
La figure 4 représente une vue schématique d'un système de projection d'image et d'un afficheur tête haute selon l'invention.
5. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention
Il faut noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en oeuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant.
Comme illustré à la figure 1 dans les modes de fonctionnement a), b) et c), l'invention concerne tout d'abord un système de projection comprenant un dispositif 1 d'émission d'un faisceau lumineux, destiné à former une image. Un tel dispositif est plus particulièrement destiné à équiper un afficheur tête haute d'un véhicule automobile, où au moins une information en rapport avec le véhicule est projetée.
Ledit dispositif comprend une ou plusieurs sources 4, 5, 6 émettant chacune un faisceau 7, 8, 9 du type laser. Il s'agit, par exemple, de sources laser, typiquement des diodes laser, chaque source laser émettant un faisceau monochromatique, c'est-à-dire consistant en une seule longueur d'onde.
Ledit dispositif comprend ici une pluralité de sources 4, 5, 6, en l'occurrence trois, ledit dispositif étant configuré pour former le faisceau lumineux 10 à l'aide d'une mise en commun par combinaison des faisceaux 7, 8, 9 individuellement émis par chacune desdits sources 4, 5, 6. Plus précisément, il pourra s'agir de sources émettant un faisceau d'une couleur différente d'une source à l'autre. Les couleurs sont, par exemple, un rouge, un vert ou un bleu (RVB).
La puissance optique de chacune des sources est pilotée, de manière indépendante, à l'aide du courant d'alimentation de la ou des sources laser. A puissance optique donnée, la couleur du faisceau lumineux 10 est déterminée par la manière dont un ratio de puissance est établi entre les différentes diodes laser. Par exemple, pour obtenir une lumière blanche, les puissances optiques, en proportion, doivent être établies selon la distribution suivante : 60 pour la diode verte, 30 pour la diode bleue, 10 pour la diode rouge. Comme développé plus loin, la puissance optique de chacune des sources pourra également être pilotée pour moduler la puissance optique du faisceau lumineux 10.
Les faisceaux 7, 8, 9 émis par chacune des sources sont orientés, par exemple, parallèlement les uns aux autres et réfléchis dans une même direction pour former par combinaison ledit faisceau lumineux commun 10. Ledit dispositif 1 comprend ici à cette fin des éléments optiques semi-transparent, sur une plage de longueur d'onde, tels que des miroirs dichro ques ou lames de combinaison 11, interceptant les faisceaux 7, 8, 9 émis par chacune desdites sources et les combinant selon la direction dudit faisceau 10.
De façon plus générale, ledit dispositif 1 est configuré pour former ledit faisceau lumineux 10 à partir du ou desdits faisceaux laser 7, 8, 9, quel que soit le nombre de sources 4, 5, 6 en jeu. En cas de source unique, le faisceau lumineux 10 est composé du faisceau laser émis par la seule source employée et l'image obtenue sera alors monochrome, composée des différents niveaux de puissances optiques appliquées à chacun des points qui la compose, selon un dégradé de ladite couleur. En cas de pluralité de sources, typiquement les trois sources 4, 5, 6 évoquées plus haut, ledit faisceau commun 10 qui forme alors ledit faisceau lumineux permettra l'établissement d'une image selon un spectre de couleur dont la résolution correspondra à la finesse de pilotage de l'alimentation desdites sources 4, 5, 6.
Selon l'invention, le système de projection d'image comprend des moyens 12 d'atténuation, situés en aval de la ou desdites sources 4, 5, 6, permettant de faire varier la puissance optique du faisceau lumineux 10. Autrement dit, une couleur et/ou une intensité étant conférées au faisceau lumineux 10 par le contrôle de l'alimentation en courant des sources, lesdits moyens 12 d'atténuation permettent de faire varier la puissance optique du ou des faisceaux 7, 8, 9, 10. On pourra en particulier adapter la puissance optique du faisceau à des conditions de roulage diurne et des conditions de roulage nocturne.
Ledit dispositif pourra comprendre des moyens de pilotage de l'alimentation en courant desdites sources. Comme évoqué plus haut, ils pourront permettre un choix de la couleur du faisceau lumineux 10.
Plus précisément, lesdits moyens de pilotage sont configurés, par exemple, pour assurer une régulation linéaire en courant de la puissance optique desdits faisceaux laser 7, 8, 9 de façon à assurer ledit choix de couleur du faisceau lumineux 10, selon une proportion de puissance optique attribuée à chacun desdits faisceaux laser 7, 8, 9. On pourra, par exemple, prévoir un codage de la couleur sur six bits, correspondant à soixante quatre niveaux de puissance optique pour chacun desdits faisceaux laser 7, 8, 9.
Lesdits moyens de pilotage pourront aussi être configurés pour assurer un complément de réglage de la puissance optique dudit faisceau lumineux. On peut de la sorte atteindre un taux d'atténuation particulièrement élevé.
Plus précisément, lesdits moyens de pilotage sont configurés pour assurer une régulation par modulation de largeur d'impulsion de la puissance optique desdits faisceaux laser 7, 8, 9 de façon à réaliser ledit complément de réglage de la puissance optique dudit faisceau lumineux 10, notamment selon un facteur d'atténuation compris entre 5 et 20, en particulier d'environ 10.
On peut de la sorte régler la couleur et/ou la puissance optique dudit faisceau lumineux 10. Lesdits moyens de pilotage comprennent, par exemple, un micro contrôleur, non représenté.
De façon avantageuse, lesdits moyens 12 d'atténuation sont configurés pour faire varier la puissance optique du faisceau lumineux en fonction d'une orientation d'une polarisation du ou desdits faisceaux. On profite de la sorte d'une particularité physique des faisceaux laser, à savoir qu'ils présentent la propriété d'être fortement polarisés. Pour simplifier, on considère en effet qu'il existe un rapport de 200/1 entre la luminosité associée à chacune des deux composantes orthogonales de la polarisation d'un faisceau laser. On peut de la sorte obtenir un facteur d'atténuation d'environ 200 qui, combiné au facteur d'atténuation provenant des moyens de pilotage, en particulier de la modulation de largeur d'impulsion, permettra d'atteindre le niveau de 2000 évoqué plus haut. Selon le mode de réalisation illustré, lesdits moyens 12 d'atténuation comprennent des moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation du ou desdits faisceaux et, en aval, un moyen assurant la variation de la puissance optique du ou desdits faisceaux lumineux en fonction de l'orientation de ladite polarisation, ici un analyseur 17 transmettant uniquement une des composantes de la polarisation du ou desdits faisceaux. Ici, le faisceau 10 présente, avant passage à travers les moyens 16 de modification de l'orientation, une orientation initiale 18. Dans le mode de fonctionnement a), lesdits moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation laissent passer le faisceau sans changer l'orientation de sa polarisation et l'orientation 13 obtenue en sortie desdits moyens de modification permet une transmission avoisinant 100% du faisceau à travers l'analyseur 17. Dans le mode de fonctionnement b), lesdits moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation font subir un changement d'orientation de la polarisation selon un premier angle et l'orientation 14 obtenue en sortie desdits moyens 16 de modification permet une transmission de 30% du faisceau à travers l'analyseur 17. Dans le mode de fonctionnement c), lesdits moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation font subir un changement d'orientation de la polarisation de façon à ce que la nouvelle orientation 15 obtenue soit décalée orthogonalement à l'orientation de la polarisation du faisceau 10 incident. La transmission du faisceau à travers l'analyseur 17 est alors minimum, symbolisée par le chiffre de 0%.
Lesdits moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation comprennent, par exemple, des moyens à cristaux liquides tel qu'une cellule à cristal liquide. Ledit analyseur 17 est, par exemple, un film polarisant.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d'émission peut être composé d'un écran à cristal liquide comprenant un transistor en film mince (TFT-LCD pour Thin Film Transisor Liquid Cristal Display). Cet écran à cristal liquide est rétroéclairé par des diodes électroluminescentes (DEL ou LED). Un tel dispositif fournit également un faisceau lumineux fortement polarisé, du fait de la présence de films de polarisation dans l'écran à cristal liquide.
Dans la suite de la description, les moyens 16 de modification de l'orientation de la polarisation sont une cellule à cristal liquide 16. La cellule à cristal liquide 16 est pilotée par un signal généré par un générateur de signal 19. La variation de la tension apportée par ce signal aux bornes de la cellule à cristal liquide 16 permet l'ajustement de la direction de la polarisation du faisceau lumineux 10 qui la traverse. Dans le cadre de l'invention, cette variation de la tension se traduit donc par une variation de la puissance optique du faisceau lumineux 10, du fait de l'atténuation de celui-ci par les moyens d'atténuations 12. La figure 2 est un graphique illustrant un exemple de cette variation de la puissance optique du faisceau lumineux 10, exprimée en pourcentage en fonction de la valeur absolue de la tension aux bornes de la cellule à cristal liquide 16, exprimée en Volts.
Une cellule à cristal liquide classique doit être pilotée par un signal alternatif. En effet, l'application d'un signal continu aux bornes d'une cellule à cristal liquide a pour effet de réduire considérablement la durée de vie de celle-ci. De plus, l'application à une cellule à cristal liquide de tensions opposées, c'est-à-dire de même valeur absolue mais de signes différents, permet d'obtenir le même résultat en termes d'atténuation. Ainsi, on peut faire varier le signal de façon alternative.
L'image projetée par le système de projection d'image est de façon connue de l'homme du métier décomposée en trames projetées successivement, à une fréquence de projection donnée. Dans le cas d'une projection basée sur un balayage d'un écran par un faisceau lumineux dévié par un moyen de balayage, une trame correspond à un balayage complet de l'écran par le faisceau lumineux. Entre ces deux trames, le moyen de balayage doit revenir à sa position initiale pendant un intervalle de temps réduit durant lequel aucune trame n'est projetée. Ainsi, selon l'invention, l'alternance du signal alternatif entre les deux niveaux de tension est effectuée entre deux de ces projections de trame, pendant cet intervalle de temps où le faisceau n'est pas dévié sur l'écran par le moyen de balayage puisque celui-ci revient à sa position de départ. Ce faisant, on évite les déformations d'images qui adviennent lorsque l'alternance du signal s'effectue pendant la projection d'une trame. On obtient ainsi une image non dégradée, ce qui est essentiel pour l'utilisation du système de projection dans un afficheur tête haute à destination d'un véhicule automobile, pour des raisons de sécurité et de confort.
La figure 3b représente un tel signal alternatif utilisé par le système selon l'invention. Le signal est représenté par une courbe 20, exprimant la tension du signal en fonction du temps. Cette courbe 20 est mise en parallèle avec la succession de trames projetées par le système, en fonction du temps (figure 3a). Quatre trames 22a, 22b, 22c, 22d sont représentées, et après chaque trame et avant une nouvelle trame se déroule un intervalle de temps 24a, 24b, 24c, 24d, pendant lequel le moyen de balayage revient à sa position initiale et donc aucune trame n'est affichée. C'est à ce moment là que le signal peut alterner d'un niveau de tension à l'autre sans dégrader l'image. Dans le mode de réalisation représenté, l'alternance est effectuée entre chaque projection de trame, mais le signal peut aussi alterner toutes les deux, trois ou x trames, aussi bien qu'il peut alterner de façon irrégulière et non-périodique.
De préférence, le signal alternatif varie entre une valeur positive et une valeur négative opposée afin d'obtenir une atténuation constante.
De préférence aussi, la moyenne de la tension du signal alternatif est nulle. Cela permet d'augmenter davantage la durée de vie de la cellule à cristal liquide car une moyenne non nulle équivaut à utiliser un signal continu non nul qui endommage la cellule à cristal liquide.
De préférence encore, le signal est périodique. Un signal alternatif périodique est plus facilement généré par un générateur de signal classique connu de l'homme du métier. Avantageusement, la fréquence du signal est égale à la moitié de la fréquence de projection des trames. Par exemple, la fréquence de projection des trames pourra être de 60Hz et la fréquence du signal pourra être de 30Hz.
Le signal représenté par la courbe 20 de la figure 3b est donc un signal selon un mode de réalisation combinant les caractéristiques précitées : c'est un signal périodique, de moyenne nulle et dont les niveaux de tension +V et -V sont opposés. Sa fréquence est égale à la moitié de la fréquence de projection des trames, c'est-à-dire que l'alternance d'un niveau de tension à l'autre a lieu entre chaque projection de trame. Le signal représenté par la courbe 20 est un signal carré parfait, qui alterne directement entre les deux niveaux de tension et qui prend comme valeur seulement ces deux niveaux de tension, sans valeur intermédiaire. En pratique, un signal carré utilisé dans l'invention peut prendre des valeurs intermédiaires négligeables pendant un temps limité, durant les alternances d'un niveau de tension à l'autre. Comme illustré à la figure 4 l'invention concerne aussi un afficheur tête haute comprenant un système 100 de projection d'image selon l'invention. Le système de projection 100 comporte, outre le dispositif d'émission d'un faisceau lumineux 1, des moyens 102 de formation d'une image à partir dudit faisceau lumineux 10. Lesdits moyens 102 de formation d'image comprennent, par exemple, un générateur de balayage 110 dont la fonction est de déplacer horizontalement et verticalement le faisceau lumineux 10 en vue de fournir un faisceau 103 réalisant un balayage selon une fréquence, notamment égale à 60 Hz, à titre d'exemple non limitatif. Le générateur de balayage 110 comprend, par exemple, un miroir à balayage à système micro-électro-mécanique (ci-après appelé miroir MEMS) sur lequel le faisceau lumineux 10 se réfléchit en un faisceau de balayage 103. Un tel miroir MEMS présente par exemple un diamètre de 1 mm2. Le miroir MEMS est apte à tourner autour de deux axes de rotation pour réaliser un balayage, par exemple à la fréquence de rafra chissement de 60 Hz, d'un écran diffuseur 111 desdits moyens 102 de formation d'une image. Ladite image se forme alors sur ledit diffuseur 111. Alternativement, le miroir MEMS peut être remplacé par deux miroirs plans et déplaçables, dont les mouvements sont associés. L'un de ces miroirs peut être dédié à un balayage selon un axe horizontal alors que l'autre miroir peut être dédié à un balayage selon un axe vertical. Le diffuseur 111 où se forme l'image pourra être un écran de projection transparent à structure complexe pour une projection par transparence. Il pourra alternativement être translucide. Il est réalisé, par exemple, en verre, notamment dépoli, ou en polycarbonate. A titre d'exemple, l'écran diffuseur est du type à pupille de sortie (« Exit Pupil Expander »). Il permet de disposer d'un cône d'observation élargi. Il s'étend dans un plan traversé par le faisceau lumineux, l'image résultant de ce faisceau de balayage 103 étant formée dans le plan d'une face de l'écran diffuseur 111. Cet écran diffuseur reçoit le faisceau de balayage 103. Il est agencé pour provoquer une dispersion de ce faisceau de balayage 103 selon un secteur angulaire, par exemple, égal à 30° par rapport à la direction du faisceau de balayage 103 au moment où il vient frapper l'écran diffuseur 111. Pour ce faire, selon un exemple non limitatif, une face 112 de l'écran diffuseur est rugueuse, en ce sens qu'elle comporte des aspérités qui provoquent la dispersion du faisceau de balayage 103. La face rugueuse 112 correspond à celle par laquelle le faisceau sort, c'est-à-dire la face sur laquelle l'image se forme.
Selon une autre variante non illustré, lesdits moyens de formation d'image ne comportent pas de générateur de balayage, tel que précédemment décrit, mais une matrice de micro miroirs (aussi appelée Digital micro mirrors Systems). Dans cette configuration l'image est formée au niveau de la matrice à micro miroirs puis projetée sur l'écran diffuseur. De manière générale, on place une optique de projection entre la matrice et l'écran. Chaque micro miroir correspond à un pixel de l'image. Dans ce mode de réalisation, l'image n'est pas formée sur l'écran diffuseur pour la première fois, mais reçoit une image préalablement formée sur la matrice à micro miroirs. II est à noter que lesdits moyens d'atténuation 12 peuvent être disposés en amont desdits moyens 102 de formation d'image, comme décrit figure 1. Ils peuvent encore être en aval. Dans une variante, ils pourront être placés entre le générateur de balayage 110 ou la matrice de micro miroirs, d'une part, et, d'autre part, l'écran diffuseur 111.
Ledit système de projection pourra encore comprendre différents miroirs 104, 106 plans ou concaves de sorte à focaliser les faisceaux vers l'écran diffuseur 111, placés notamment sur la trajectoire du faisceau de balayage 103. L'invention concerne encore un afficheur, notamment tête haute, comprenant un système de projection 100 selon l'une quelconque des variantes détaillées ci-dessus. En aval de l'écran diffuseur 111 selon le sens de déplacement du faisceau lumineux, ledit afficheur comprend au moins une lame semi-réfléchissante 126 et un dispositif de réflexion 125 interposé sur le trajet de l'image entre l'écran diffuseur 111 et la lame semi-réfléchissante 126, le dispositif de réflexion 125 comprenant un ou plusieurs miroirs plans ou concaves, comme représenté sur la figure 4. Sur cette figure, le trajet de l'image est symbolisé par trois flèches 30 en pointillé qui se réfléchissent sur le dispositif de réflexion 125 avant de s'afficher à travers la lame semi-réfléchissante 126. Cette dernière permet un grossissement et/ou, par transparence, un affichage de l'image au-delà de ladite lame semi-réfléchissante, notamment au-delà du pare-brise du véhicule équipé, au niveau d'un écran virtuel 130, obtenu à l'aide de ladite lame semi- réfléchissante 126.
Cette lame transparente présente un pouvoir de réflexion au moins égale à 20%, ce qui permet à l'utilisateur de voir au travers de la lame la route empruntée par le véhicule, tout en bénéficiant d'un contraste élevé permettant de voir l'image affichée. De manière alternative, l'affichage de l'image peut avoir lieu au niveau du pare-brise du véhicule équipé dudit afficheur. Comme déjà dit, lesdits moyens d'atténuation 12 pourront être situés en aval du dispositif de formation d'image 102, ceci jusqu'à ladite lame semi-réfléchissante 126.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de projection d'image, comprenant un dispositif d'émission (1) d'un faisceau lumineux (10), des moyens de formation (102) d'une image à partir dudit faisceau lumineux (10), ladite image étant décomposée en trames (22a, 22b, 22c, 22d) projetées successivement par ledit système, caractérisé en ce que ledit système comprend des moyens d'atténuation (12) de la puissance optique du faisceau lumineux (10), les moyens d'atténuation (12) comprenant :
une cellule à cristal liquide (16), apte à être pilotée par un signal alternatif entre deux niveaux de tension, la cellule (16) assurant une modification de l'orientation d'une polarisation du faisceau lumineux (10) sous la commande du signal alternatif,
un générateur de signal (19) générant le signal alternatif, ledit générateur de signal (19) basculant ledit signal alternatif d'un niveau de tension à l'autre entre les projections de deux trames successives de l'image,
des moyens (17) assurant la variation de la puissance optique du faisceau lumineux (10) en fonction de l'orientation de ladite polarisation.
2. Système de projection d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'émission (1) du faisceau lumineux (10) comprend au moins une diode laser.
3. Système de projection d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'émission (1) du faisceau lumineux (10) est une cellule de type écran à cristaux liquides comprenant un transistor en couches minces, éclairée par un rétroéclairage.
4. Système de projection d'image selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la moyenne de la tension du signal alternatif est nulle.
5. Système de projection d'image selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux niveaux de tension sont de valeurs absolues égales et de signes opposés.
6. Système de projection d'image selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal alternatif est périodique.
7. Système de projection d'image selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fréquence du signal alternatif est égale à la moitié de la fréquence de projection des trames de l'image.
8. Afficheur, notamment afficheur tête haute, caractérisé en ce qu'il comprend un système de projection d'image selon l'une des revendications précédentes.
9. Procédé de projection d'image, ledit procédé comprenant une étape d'émission d'un faisceau lumineux (10) et une étape de formation d'une image à partir dudit faisceau lumineux (10), ladite étape de formation d'une image étant décomposée en plusieurs sous-étapes successives de projection de trames de l'image, caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d'atténuation du faisceau lumineux (10) par le pilotage d'un signal alternatif entre deux niveaux de tension, le basculement du signal alternatif d'un niveau de tension à l'autre étant piloté entre les sous-étapes successives de projection de trames de l'image.
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